機械類專業(yè)數(shù)字化設計制造能力培養(yǎng)的網絡教學環(huán)境建設

田春艷，姜海

（合肥學院機械工程系，安徽合肥230601）

裝備人才培養(yǎng)

機械類專業(yè)數(shù)字化設計制造能力培養(yǎng)的網絡教學環(huán)境建設

田春艷，姜海

（合肥學院機械工程系，安徽合肥230601）

隨著機械工程領域技術的發(fā)展，機械類專業(yè)人才必須具備相應的數(shù)字化設計制造能力。針對當前高校在數(shù)字化設計制造能力培養(yǎng)方面存在的問題和不足，指出了建設適宜的專用網絡教學環(huán)境的重要性，介紹了我院在這方面的建設方案和內容。初步實踐表明，應用專用網絡教學環(huán)境培養(yǎng)學生數(shù)字化設計制造能力，具有良好的效果。

數(shù)字化設計制造；網絡教學環(huán)境；教學實踐

合肥學院機械設類專業(yè)的人才培養(yǎng)目標是：培養(yǎng)在機械工程及相關領域生產一線關鍵核心崗位從事機械設計、制造、技術應用、生產管理和組織等方面工作的高級工程應用型人才。這一人才培養(yǎng)定位在本質上對學生的工程實踐能力和技術創(chuàng)新能力都提出了較高的要求，而實踐能力是創(chuàng)新能力的基礎和前提[1]。在與本地區(qū)眾多對口企業(yè)合作的過程中，深切感受到以設計數(shù)字化、制造裝備數(shù)字化、生產過程數(shù)字化、管理數(shù)字化為主要內容的數(shù)字化設計與制造技術正全面滲透到機械領域的各個方面[2]，采用數(shù)字化技術完成產品設計和生產已成為制造業(yè)發(fā)展的趨勢和潮流；在此背景下，大多數(shù)企業(yè)對此類技術人才有著非常迫切的需求。因此，掌握相關數(shù)字化設計與制造技術應是機械類專業(yè)人才必須具備的重要技能之一；要適應本地區(qū)機械工程領域經濟技術發(fā)展的要求，必須在專業(yè)人才培養(yǎng)中重視和強化這方面的教學研究和投入。

1 數(shù)字化設計制造能力培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

當前包括我院在內的許多高校正逐漸認識到培養(yǎng)數(shù)字化設計制造能力的重要性，但在實際教學中還存在一些問題和不足，不能適應應用型人才培養(yǎng)要求。主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）雖然相關實驗實訓設備條件有改善，但沒有真正建立起符合先進制造業(yè)需求、貼近現(xiàn)代企業(yè)實際的專用實驗實訓網絡教學平臺。

近年來很多高校引進了一些先進數(shù)字化實驗實訓設備，但缺少先進的管理手段及方法，特別是沒有進行有效統(tǒng)一的網絡管理和調度控制，大多數(shù)設備處于單機分散狀態(tài)；不但設備的有效利用率較低，難以體現(xiàn)先進設備的特點，而且實驗實訓過程中學生及設備的安全不易保證。沒有良好的專用實驗實訓網絡教學平臺，就難以充分發(fā)揮先進設備在教學中應有的作用，無法為學生順利進行相關的專業(yè)實踐提供必要的條件。

（2）教學內容的專業(yè)針對性不強，缺乏與合作企業(yè)共同開發(fā)課程內容。

目前大多數(shù)高校機械類專業(yè)現(xiàn)有課程體系還按“學科導向”設置，課程內容比較強調學科知識的系統(tǒng)性和完整性，在知識點的選擇和安排上沒有針對專業(yè)培養(yǎng)目標有選擇性地構建教學內容；特別是缺少與合作企業(yè)共同開發(fā)的課程內容，教學中缺乏最新工程實踐和工程設計的引入，更難以及時吸收行業(yè)前沿技術成果。這些都影響了“卓越工程師”人才數(shù)字化設計制造能力的培養(yǎng)。

（3）教學方法與教學手段陳舊，制約了專業(yè)人才培養(yǎng)質量的提高

盡管多年來各高校一直在探索教學方法和教學手段的改革，但由于技術條件、運行體制等多種因素的制約，在這些方面還難以有根本性的突破；教學手段單一、教學方法陳舊、理論教學與實踐教學分離等情況仍然在一定程度上困擾師生，不利于學生數(shù)字化設計制造能力的培養(yǎng)。因此，必須考慮從改善技術條件、改革運行體制等多方面入手，融合各種教學方法、采用各種教學手段，實施以學生為主體、教師為主導、“做中學，學中做”的教學模式，使得理論教學和實踐教學高度融合，為“卓越工程師”人才專業(yè)綜合能力的培養(yǎng)提供有效途徑。

2 建設適宜的專用網絡教學環(huán)境對培養(yǎng)數(shù)字化設計制造能力的重要作用

數(shù)字化設計制造技術綜合了多門相關領域的學科知識，培養(yǎng)學生具備這方面的技能更是一個系統(tǒng)工程，其中涉及到眾多相關課程及多個教學環(huán)節(jié)，不可能完全依靠與對口企業(yè)的合作培養(yǎng)來實現(xiàn)。因此結合現(xiàn)代教學理念，通過校企合作，根據(jù)現(xiàn)代企業(yè)網絡制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，建設適宜的專用網絡教學環(huán)境，從而為學生數(shù)字化設計制造能力的培養(yǎng)提供良好的硬件條件和軟件環(huán)境支撐，是十分必要的。該網絡教學環(huán)境建設涉及兩個關鍵問題，即一方面構建教學實用性和一定先進性兼?zhèn)涞膶Ｓ脤嶒瀸嵱柧W絡教學平臺，從而可為模擬現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化設計制造過程提供必要的條件；另一方面依托該網絡教學平臺實施配套的教學改革，采用優(yōu)化的教學內容及合適的教學方法，以建立起與企業(yè)工作流程對應的教學環(huán)境。如果能很好利用適宜的網絡教學環(huán)境，則可以讓學生經過充分實踐，體驗現(xiàn)代企業(yè)從訂單、設計、工藝、加工到生產管理的全過程，得到所需的單元技能訓練及綜合技能培養(yǎng)，從而理解部門間相互關系和協(xié)同工作，培養(yǎng)團隊合作精神，激發(fā)學習興趣，獲得較好的學習效果，并能在今后快速勝任就業(yè)后的工作環(huán)境，這對進一步深入落實“卓越計劃”，更好培養(yǎng)“卓越工程師”人才，有著積極的作用和重要意義。

3 面向數(shù)字化設計制造能力培養(yǎng)的網絡教學環(huán)境建設主要內容

（1）數(shù)字化設計制造網絡平臺軟硬件配置方案設計

為培養(yǎng)機械類人才具備應有的數(shù)字化設計制造能力，在分析借鑒國內現(xiàn)有部分高校已開展的一些實踐工作基礎上[3，4]，根據(jù)學院現(xiàn)有實驗實訓條件，提出如下的數(shù)字化設計制造網絡平臺軟硬件配置方案，其總體結構框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字化設計制造網絡平臺軟硬件配置方案

通過與合肥鍛壓機床廠、合肥恒豐汽車零部件公司等本地區(qū)制造企業(yè)的合作，詳細考察了企業(yè)的組織管理方式、產品設計流程及生產運營模式，抽取各企業(yè)所具有的相同關鍵環(huán)節(jié)點，并經適當簡化，確定典型制造企業(yè)的一般工作流程。在此基礎上，結合我院實際條件，進行軟硬件配置方案設計，以建立一個集成現(xiàn)有各種數(shù)字化制造、測量單元設備和各種CAD/CAE/CAM單元軟件的數(shù)字化設計制造專用實驗實訓網絡教學平臺，如圖1所示。該網絡教學平臺能夠模擬現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化設計制造過程，打造真實的企業(yè)環(huán)境。它一方面可將我院現(xiàn)有數(shù)字化實驗設備進行聯(lián)網，實現(xiàn)數(shù)控編程代碼的統(tǒng)一管理和遠距離網絡傳輸，確保交換數(shù)據(jù)的正確并提高設備利用率；一方面可通過視頻監(jiān)控及聯(lián)網信息采集，實現(xiàn)對生產現(xiàn)場及設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，以便進行設備的統(tǒng)一調度管理，并提高實驗實訓的安全性與直觀性。該網絡平臺可按典型制造企業(yè)的生產運營模式，提供面向典型產品進行數(shù)字化設計、工藝、編程、仿真加工、實際制造、測量及生產管理的軟硬件環(huán)境，提高學生的工程應用能力。依托該網絡平臺，我們不斷引進企業(yè)的典型產品作為教學案例，在相關課程中開展基于企業(yè)工作過程的項目式教學；模擬企業(yè)工作場景，引入設計、工藝、編程、管理等角色，使學生循序漸進地得到數(shù)字化設計制造能力所需的單元技能訓練，并進一步面向實際“真刀真槍”地進行專題綜合訓練乃至畢業(yè)設計等。此外，該網絡教學平臺應與校園現(xiàn)有的畢博網絡教學平臺連接，拓展網絡輔助教學功能，以促進學生有效利用各種教學資源，進行自主學習。

（2）開展與數(shù)字化設計制造網絡平臺相配套的教學改革

數(shù)字化設計制造技術實質上是數(shù)字化技術與機械設計制造技術的綜合，培養(yǎng)應用型本科機制專業(yè)學生具備這方面的技能更是一個系統(tǒng)工程，其中涉及到眾多相關課程及多個教學環(huán)節(jié)。因此，只有在建設數(shù)字化設計制造網絡平臺的基礎上，進行配套的課程建設和教學方法與手段改革，才能構建完整的數(shù)字化設計制造網絡教學環(huán)境，更好地實現(xiàn)機械類專業(yè)人才培養(yǎng)目標的要求。

根據(jù)我院機械類專業(yè)培養(yǎng)目標對學生的能力要求，將把機械類人才所必備的數(shù)字化設計制造能力具體化為各個能力要素；針對每個能力要素確定其對應的支撐知識點；對各個能力要素進行優(yōu)化組合形成能力單元，然后對能力單元中具有內在邏輯聯(lián)系的各個知識點及知識應用或實訓項目等進行有機組合，形成教學“模塊”及“子模塊”，即以模塊化方式整合相關多門課程，統(tǒng)籌協(xié)調，優(yōu)化課程結構和內容，不過分強調知識體系的完整性、系統(tǒng)性，而是更多強調知識和專業(yè)的契合度以及運用知識去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力[5]。這樣可較好保證教學內容安排上的層層遞進、環(huán)環(huán)緊扣、逐步展開。

數(shù)字化設計制造網絡平臺與校園公共網絡教學平臺的互聯(lián)，為學生共享和有效利用豐富的教學資源，進行遠程自學、在線問答、擴展探索學習內容等形式的自主學習提供了較大的便利。依托專用實驗實訓網絡教學平臺，使有條件實現(xiàn)真正意義的實驗室開放運行，深化實踐教學模式的改革。一方面，對部分相關實驗，尤其是綜合性、設計性實驗，在教學時可采用教師集中指導和分散指導相結合的方式，向學生布置一定的任務及要求、規(guī)定完成任務的時間段；而完成實驗的具體時間則由學生自己確定，并進行網上預約；實驗室在規(guī)定的時間內對學生開放，學生完成實驗有較大的靈活性，從而為學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展提供一個寬松的環(huán)境。另一方面，學生進行第二課堂科技創(chuàng)新活動、畢業(yè)設計等，則可采用教師負責制下學生預約登記與一定程度自行管理相結合的方式，使用網絡平臺各實驗室，努力使各實驗室做到在時間和內容上全方位的開放，逐步將以學生為主體、教師為主導的、“做中學，學中做”的教學模式落到實處。實驗室的開放運行及教師的充分指導和引領，將給“卓越工程師”人才培養(yǎng)提供良好的實驗條件和充足的實驗機會，從而真正達到應有的教學效果。

4 結束語

深入開展校企合作，把企業(yè)的工作模式抽象為教學要素，從而建立起全方位的專用網絡教學環(huán)境，增強了學生的學習興趣和積極性，提高了數(shù)字化設備的有效利用率，并體現(xiàn)出先進設備的特點，大大改善了數(shù)字化設計制造能力培養(yǎng)效果。近年來我院機械類專業(yè)學生依托該網絡教學環(huán)境，在各類重大專項賽事如“全國機械創(chuàng)新設計大賽”、“挑戰(zhàn)杯”課外科技作品競賽等活動中頻頻取得優(yōu)異成績。這從一個側面體現(xiàn)了我院在專用網絡教學環(huán)境建設方面已取得了初步成果，學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力得到了明顯提升。同時必須看到，數(shù)字化設計制造能力的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程，需要進一步的系統(tǒng)思考和相關實踐，特別是必須探索建立校企合作長效運行機制。

[1]楊叔子，張福潤．創(chuàng)新之根在實踐[J]．高等工程教育研究，2001（2）：9-12．

[2]王孝義，王全先．數(shù)字化設計與制造技術教學體系建設的研究[J]．安徽工業(yè)大學學報（社會科學版），2011，28（3）：97-98．

[3]范彩霞．機械專業(yè)數(shù)字化設計制造能力培養(yǎng)的探索—以黃河科技學院為例[J]．中國電力教育，2010，170（19）：32-34．

[4]鄧煌，朱民，汪文凌．數(shù)字化設計及制造教學平臺配置[J]．南昌航空大學學報（自然科學版），2010，24（4）：43-45．

[5]蔡敬民，陳嘯．基于能力導向的模塊化教學體系構建——以合肥學院為例[M]．合肥：中國科學技術大學出版社，2012：1-15．

Constructing Network Teaching Environment to Cultivate the Ability of Digital Design and Manufacture for Mechanical Specialty

TIAN Chun-yan，JIANG Hai
（Deparment of Mechnical Engineering，Hefei University，Hefei Anhui 230601，China）

With the technology development in the field of mechanical engineering，the mechanical specialty talents of machinery majors should have the ability of digital design and manufacture.In view of the problem and inadequate existing in the ability cultivation of digital design and manufacture in current universities，the importance of constructing the appropriate special network teaching environment is pointed out.Construction scheme and content of our university in this respect is introduced in detail.Initial exploration shows that a good teaching effect is obtained by using the special network teaching enviroment to foster the ability of digital design and manufacture.

digital design and manufacture；network teaching environment；teaching practi

G642.0

：A

：1672-545X（2017）01-0195-03

2016-10-20

合肥學院教學研究項目（2012jyxm58）

田春艷（1974-），女，河北衡水人，教授，博士，研究方向：材料加工。